CN112138645A - 一种玻璃纤维球束负载GO/TiO2光催化剂及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种玻璃纤维球束负载GO/TiO2光催化剂及其制备方法。该制备方法包括：步骤1，用废弃PCB非金属粉制备玻璃纤维球束；步骤2，在室温下将钛酸四丁酯加入乙二醇溶液中搅拌后加入丙酮，搅拌，静置，离心，粉末干燥；步骤3，制备氧化石墨烯醇溶液分散液；步骤4，取玻璃纤维球束、粉末和氧化石墨烯分散液、KH‑550搅拌均匀后转移至聚四氟乙烯内衬的反应釜中加热反应，得到负载型光催化剂。本发明以废弃PCB非金属粉为原料制备玻璃纤维球束作为载体制备玻璃纤维球束负载GO/TiO2光催化剂，可应用于VOCs的去除、有机污染物的降解、空气净化等环保领域，达到以废治废的目的。
Description
技术领域
本发明涉及废旧线路板回收处理和光催化剂技术领域，具体涉及一种玻璃纤维球束负载GO/TiO2光催化剂及其制备方法。
背景技术
有着“电子系统产品之母”之称的印刷线路板（Printed Circuit Boards，简称PCB）在大多电子产品中是必要的组成部分，如常见家用电器“四机一脑”、电子通讯设备以及工业用电子仪器等等。然而随着被废弃的电子产品数量的增加，废弃PCB的数量也在不断增多。另外在电子产品的生产过程中，也会产生大量的废料以及边角料，其中也含有大量的废PCB，这些废料大约占到了生产总量的15%左右。我国是PCB生产大国，每年都会产生大量的废弃PCB，在这些废PCB中，含有一些高价值且易于回收的金属材料，这一部分金属的回收技术已较为成熟。废弃PCB经过破碎、分选等处理后，金属被分离后残留有大量的非金属粉末，这些非金属粉末主要由热固性环氧树脂和玻璃纤维组成。这些非金属部分占到了废弃PCB的70%以上，然而目前对于非金属部分的回收研究却很少，因此在大规模处理处置这些非金属废弃物时常常采用填埋和焚烧的方法。
在废弃PCB中，不仅含有金属、玻璃纤维以及树脂，还有一部分溴化阻燃剂（Br含量约占9%），这些溴化物在被焚烧时会产生大量如二噁英、呋喃等有毒物质，而选择填埋不仅要占用土地资源，也会对土壤造成污染。因此焚烧及填埋所造成的二次污染引发潜在的巨大环境风险，严重威胁着人类的健康与生命。
目前关于废弃PCB中非金属部分的再利用研究依然没能改变其填埋和焚烧的命运。这些方法如热解法、物理法等可利用一部分热值或作为其他材料的填料和改性材料，而这些方法也有着热解产物热值不高、回收利用率低、工艺复杂、处理量小等方面的缺陷。
TiO2具有无毒、稳定性好、催化活性好、条件温和、成本较低等优点，因此是应用前景较好的光催化材料之一，常常被用于污水处理领域中。氧化石墨烯（grapheneoxide，GO）具有较大的比表面积且有优异的导电性，可使光催化材料受到光照后所产生的光生载流子高效迁移，以减少光生载流子的复合几率，因此可以大大提升光催化活性。
在废弃PCB的非金属部分中，玻璃纤维约占总重量的70%，专利CN107399928B中公开了一种利用废弃PCB非金属粉制备玻璃纤维球束的方法。这是一种全新的玻璃纤维材料，球束内部具有巨大的空间以及玻璃纤维具有巨大表面积，可以作为载体应用于催化领域。
发明内容
本发明公开了一种以废弃印刷线路板的非金属粉末为原料，制备玻璃纤维球束为载体负载氧化石墨烯/二氧化钛复合材料的方法。该方法在温和条件下回收废弃印刷线路板中的玻璃纤维，同时制备玻璃纤维球束作为载体并制备玻璃纤维球束负载光催化剂；不仅避免玻璃纤维回收过程中粉尘污染，同时也赋予回收玻璃纤维新的价值与应用，同时利用氧化石墨烯提升光催化剂活性，达到更佳的光催化效果。本发明的技术方案具体介绍如下。
一种玻璃纤维球束负载GO/TiO2光催化剂的制备方法，包含以下步骤：
步骤1，用废弃PCB非金属粉末制备玻璃纤维球束；
步骤2，将钛酸四丁酯加入乙二醇溶液中，室温搅拌20～30h，然后加入丙酮，继续搅拌10～20min，静置1~3h，离心，粉末干燥；其中：钛酸四丁酯、乙二醇和丙酮的体积比为（2～5）：（20～50）：（50～100），干燥温度为100～660℃；
步骤3，将氧化石墨烯加入醇溶液中，超声30～90min，得到氧化石墨烯分散液；所述氧化石墨烯分散液浓度为0.5～5mg/mL；
步骤4，将玻璃纤维球束、步骤2所得粉末以及氧化石墨烯分散液加入烧杯中，并滴加KH-550搅拌均匀后转移至聚四氟乙烯内衬的反应釜中，于160～220℃加热12～24h，冷却至室温，过滤，洗涤，干燥得到玻璃纤维球束负载GO/TiO2光催化剂。
本发明中，步骤1中，按照中国专利CN107399928B中方法用废弃PCB非金属粉末制备玻璃纤维球束。
本发明中，步骤3中，醇溶液为甲醇、乙醇、丙醇、乙二醇中的一种或多种与去离子水的任意组合。
本发明中，步骤4中，玻璃纤维球束、粉末、氧化石墨烯分散液和KH-550的投料比为（3～8）g：（0.1～0.6）g：（6～80）mL：（0.015～0.16）mL；较佳的，投料比为（3～8）g：（0.3～0.5）g：（6～60）mL：（0.03～0.086）mL。
本发明中，步骤4中，加热温度为180～200℃，反应时间为12～15h。
本发明中，步骤4中，洗涤所用的洗涤剂为丙酮、甲醇、乙醇、丙醇、乙二醇中一种或多种与去离子水任意混合；干燥温度为50～150℃。
本发明中，步骤4中，洗涤所用的洗涤剂为丙酮、甲醇、乙醇、丙醇中一种或多种与去离子水任意混合；干燥温度为80～110℃。
本发明进一步提供一种上述的制备方法得到的玻璃纤维球束负载GO/TiO2光催化剂。
本发明与现有技术相比，具有以下优点：
具体实施方式
以下结合实施实对本发明的技术方案做进一步说明。
实施例1
用废弃PCB非金属粉制备玻璃纤维球束。
将2ml钛酸四丁酯加入20ml乙二醇溶液中在室温下搅拌20h，并将上述溶液加入50ml丙酮溶液中搅拌15min，静置2h，离心，干燥得白色粉末。取6ml浓度为10mg/ml氧化石墨烯分散液加入50ml甲醇溶液中超声30min，取制得的白色粉末及3g玻璃纤维球束加入醇溶液中，并滴加0.03mL的KH-550搅拌均匀后转移至置聚四氟乙烯内衬的反应釜中，放入烘箱中加热180℃，12h，待冷却后取出洗涤，干燥得到复合材料。
实施例2
将3ml钛酸四丁酯加入30ml乙二醇溶液中在室温下搅拌24h，并将上述溶液加入80ml丙酮溶液中搅拌20min，静置2h，离心，干燥得白色粉末。取8ml浓度为10mg/ml氧化石墨烯分散液加入80ml乙醇溶液中超声30min，取制得的白色粉末及5g玻璃纤维球束加入醇溶液中，并滴加0.05mL的KH-550搅拌均匀后转移至聚四氟乙烯内衬的反应釜中，放入烘箱中加热200℃，20h，待冷却后取出洗涤，干燥得到复合材料。
实施例3
将5ml钛酸四丁酯加入50ml乙二醇溶液中在室温下搅拌24h，并将上述溶液加入100ml丙酮溶液中搅拌20min，静置2h，离心，干燥得白色粉末。取10ml浓度为10mg/ml氧化石墨烯分散液加入100ml甲醇、水混合溶液中超声30min（按体积比3:1），取制得的白色粉末及5g玻璃纤维球束加入醇溶液中，并滴加0.05mL的KH-550搅拌均匀后转移至聚四氟乙烯内衬的反应釜中，放入烘箱中加热220℃，18h，待冷却后取出洗涤，干燥得到复合材料。
综上所述，本发明用废弃PCB非金属粉制备玻璃纤维球束；用钛酸四丁酯及乙二醇溶液搅拌后加入丙酮搅拌并离心干燥得白色粉末；将氧化石墨烯分散液加入醇溶液中超声分散，最后将玻璃纤维球束及白色粉末加入氧化石墨烯的醇溶液中，并滴加KH-550搅拌均匀后转移至聚四氟乙烯内衬的反应釜中加热，反应完毕，取出洗涤并干燥得到玻璃纤维负载光催化剂。
尽管本发明的内容已经通过上述优选实施例作了详细介绍，但应当认识到上述的描述不应被认为是对本发明的限制。在本领域技术人员阅读了上述内容后，对于本发明的多种修改和替代都将是显而易见的。因此，本发明的保护范围应由所附的权利要求来限定。
Claims (9)
1.一种玻璃纤维球束负载GO/TiO2光催化剂的制备方法，其特征在于，包含以下步骤：
步骤1，用废弃PCB非金属粉末制备玻璃纤维球束；
步骤2，将钛酸四丁酯加入乙二醇溶液中，室温搅拌20～30h，然后加入丙酮，继续搅拌10～20min，静置1~3h，离心，粉末干燥；其中：钛酸四丁酯、乙二醇和丙酮的体积比为（2～5）：（20～50）：（50～100），干燥温度为100～660℃；
步骤3，将氧化石墨烯加入醇溶液中，超声30～90min，得到氧化石墨烯分散液；所述氧化石墨烯分散液浓度为0.5～5mg/mL；
步骤4，将玻璃纤维球束、步骤2所得粉末以及氧化石墨烯分散液加入烧杯中，并滴加KH-550搅拌均匀后转移至聚四氟乙烯内衬的反应釜中，于160～220℃加热12～24h，冷却至室温，过滤，洗涤，干燥得到玻璃纤维球束负载GO/TiO2光催化剂。
2.如权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤1中，按照中国专利CN107399928B中的方法用废弃PCB非金属粉末制备玻璃纤维球束。
3.如权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤3中，醇溶液为甲醇、乙醇、丙醇、乙二醇中的一种或多种与去离子水的任意组合。
4.如权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤4中，玻璃纤维球束、粉末、氧化石墨烯分散液和KH-550的投料比为（3～8）g：（0.1～0.6）g：（6～80）mL：（0.015～0.16）mL。
5.如权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤4中，玻璃纤维球束、粉末、氧化石墨烯分散液和KH-550的投料比为（3～8）g：（0.3～0.5）g：（6～60）mL：（0.03～0.086）mL。
6.如权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤4中，加热温度为180～200℃，反应时间为12～15h。
7.如权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤4中，洗涤所用的洗涤剂为丙酮、甲醇、乙醇、丙醇、乙二醇中一种或多种与去离子水任意混合；干燥温度为50～150℃。
8.如权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤4中，洗涤所用的洗涤剂为丙酮、甲醇、乙醇、丙醇中一种或多种与去离子水任意混合；干燥温度为80～110℃。
9.一种根据权利要求1-8中任意一项所述的制备方法得到的玻璃纤维球束负载GO/TiO2光催化剂。
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